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你能想象，动辄搭载上百人的飞机，它的一小块材料可以轻到放在蒲公英上，而后者连绒毛都几乎不会弯一下吗？
波音公司近来展示了其最新发明：一款堪称史上最轻的金属材料，它拥有和现有材料差不多的坚硬外层，重量却只是同体积泡沫塑料的1%。它酷似海绵，结构中99.99%的空间是空气，只有0.01%的空间由金属物质填充，整体密度约等于空气。
开发出这种材料的是波音和通用等公司共同参与的HRL实验室。这款新材料被称做“微晶格”（microlattices）—一种纳米级别的栅栏式构造。“其中的关键在于制造出一个由空心管相互连接而成的晶格，空心管的壁厚仅100纳米，比头发还细1000倍。”该材料的主要研究员Tobias Schaedler说。
要理解为什么这种结构的材料如此轻巧，可以联想一下同样采用中空结构的埃菲尔铁塔。
这个高达320米的建筑，重量只有7000吨。若把它融化，以其现在的地基125平方米为底面积的话，你只会看到一个6厘米高的铁块—把这个铁块伸展开，它可就是巴黎的最高建筑。
飞机越轻，油耗越低，每家航空公司都对此心知肚明。但要它们减少载客数，没有一家会愿意，能减的只有飞机自身的重量。这个压力自然落在了飞机制造商身上。而它们对轻质材料的追求从未中断。
比如有梦幻客机之称的波音787，它50%以上的机身由复合材料制成，铝合金只占20%。相比以前的飞机，波音787的每百公里油耗比同等载客量的机型低20%。这款商业机型尚未上市就已获得677架订单，总价值高达1100亿美元。
航空业素有“一代材料一代飞机”的说法。未来若被大范围应用，微晶格材料很可能成为民用飞机领域的第三次重要进化。
波音787代表的复合材料飞机属于第二代，之前，制造飞机最主要的材料是铝合金。100多年前德国一位科学家往铝中加入了少量的铜和镁，从而发明了这种比敲击它的铁锤还硬的金属。但铝合金制造的飞机还是太重，限制了载客量和飞行距离。
之后，飞机制造商开始尝试使用由金属和纤维混杂的复合材料，它密度比合金小，因此更轻，覆在金属上的纤维经过高温烧制后完全附着在金属上，反过来增强了金属的坚固性。起初，这种复合材料只被用到次承力件如尾翼等部位，技术更成熟后，它的使用量和使用范围逐步扩大到机翼等主承力件直至机身。
空客在波音787推出后，也将自己当时正在研制的A350 XWB的复合材料比例提高到了52%。这是一场竞赛—更轻的材料不止能让燃油更节省，还意味着更多可能性。
复合材料的抗腐蚀性能提高飞机的抗裂纹扩展能力，以铝合金材料为主的普通飞机每6年就要做一次昂贵的金属腐蚀状况检查，而波音787每12年才需要检查一次。这能节省不少成本。
由于采用了整体结构的复合材料机身，波音787客舱舷窗的尺寸加大了30%，乘客可以拥有更大的视野。另外，复合材料让客舱的湿度和气压都有所提高，从之前相当于外界2400米高度的气压，改善至1800米的气压，乘客因此能更舒适。价差不大的情况下，乘坐体验能不能讨乘客喜欢就显得很重要了。
眼下的微晶格材料在这些方面也极具潜力。蜂窝结构使其能从超过50%的压缩中完全恢复，“如果你参加‘从楼上丢鸡蛋看谁的不会破’这种比赛，拿微晶格材料包裹鸡蛋，不用裹很厚就能赢。”波音的演示视频中这样介绍。
这也意味着，相比普通金属，微晶格材料更能吸收来自外界的能量，包括声音、振动等，若将它用于机舱内部的墙面、地板、行李架等非机械类部件，机舱内的噪音等级和平稳性都可能有所改善。
HRL实验室其实早在2011年就研发出了类似结构的材料，在纳米级的微观尺度设计材料的基本结构，这种研发理念模仿的正是现代建筑。但直到近期，波音才正式对外界发布了这项创新。
“他们可能刚刚解决了材料的制备工艺问题。”上海3D打印技术创新中心主任闵国全对《第一财经周刊》说。波音正是用3D打印技术制造出了这款材料。
一款新材料被发明后还必须解决重复制造、大规模制造和有效塑形的问题。3D打印尚未进入分子领域，但通过它，在纳米层面上设计材料的结构目前已成为可能。
4年前，HRL实验室还不能精确地掌控材料的结构设计。他们制作出那款镍基微晶格的方法是：以一种液态的感光多聚物（即一种在接触光时会改变自身性质的分子）开始，透过一种有图案的防护罩，用紫外光对其做轰炸式的光照。这种方式产生了一种三维的栅格物质。然后，研究人员给它涂上镍磷薄膜。接着，将多聚物的模板蚀刻掉，仅留下空心的镍磷支架。
更早之前，其他科研机构已经制造出了气凝胶和金属泡沫等超轻材料，质量都在每立方厘米10毫克以内。但这些材料的蜂窝结构更随机。
对于近期再次被搬上台面的微晶格材料，波音没有透露它使用了何种金属元素。不过，3D打印技术在精确设计材料结构方面肯定帮了大忙。对于如何在轻量化的目标下保持材料的坚固性，波音称，他们从人体骨骼的中空结构获得了启发，甚至对材料管道的壁厚与管道直径厚度比也做了设计，使材料的细胞结构产生了一种力学行为。
制造商们对研发的投入加上生产的难度，造成新材料上市时的价格比旧材料贵得多。但长期来看，重量大幅减轻所带来的经济效益，或许会远远超过一开始的购买成本。
在波音对外界发布这款超轻金属材料之前，美国航空航天局已经将其选做未来为深空探测飞船减重40%的3种备选材料之一，应用方向主要是用它替换复合材料夹层中的泡沫芯。
今年8月底，波音宣布于2017年开始生产可载客至少400名的波音777-9X型客机，它也将是全球最大、性能最强的双引擎飞机。目前尚无法得知波音是否会在这款大型客机中使用这种超轻材料。
不过，据Bill Carter称，这款材料的首次应用很可能出现在计划于5年内造成的太空火箭上，之后才是民用客机。而等成本再低些，它当然还可以在汽车中使用—那可是另一个对材料的轻重斤斤计较的行业。
波音公司近来展示了其最新发明：一款堪称史上最轻的金属材料，它拥有和现有材料差不多的坚硬外层，重量却只是同体积泡沫塑料的1%。它酷似海绵，结构中99.99%的空间是空气，只有0.01%的空间由金属物质填充，整体密度约等于空气。
开发出这种材料的是波音和通用等公司共同参与的HRL实验室。这款新材料被称做“微晶格”（microlattices）—一种纳米级别的栅栏式构造。“其中的关键在于制造出一个由空心管相互连接而成的晶格，空心管的壁厚仅100纳米，比头发还细1000倍。”该材料的主要研究员Tobias Schaedler说。
要理解为什么这种结构的材料如此轻巧，可以联想一下同样采用中空结构的埃菲尔铁塔。
这个高达320米的建筑，重量只有7000吨。若把它融化，以其现在的地基125平方米为底面积的话，你只会看到一个6厘米高的铁块—把这个铁块伸展开，它可就是巴黎的最高建筑。
飞机越轻，油耗越低，每家航空公司都对此心知肚明。但要它们减少载客数，没有一家会愿意，能减的只有飞机自身的重量。这个压力自然落在了飞机制造商身上。而它们对轻质材料的追求从未中断。
比如有梦幻客机之称的波音787，它50%以上的机身由复合材料制成，铝合金只占20%。相比以前的飞机，波音787的每百公里油耗比同等载客量的机型低20%。这款商业机型尚未上市就已获得677架订单，总价值高达1100亿美元。
航空业素有“一代材料一代飞机”的说法。未来若被大范围应用，微晶格材料很可能成为民用飞机领域的第三次重要进化。
波音787代表的复合材料飞机属于第二代，之前，制造飞机最主要的材料是铝合金。100多年前德国一位科学家往铝中加入了少量的铜和镁，从而发明了这种比敲击它的铁锤还硬的金属。但铝合金制造的飞机还是太重，限制了载客量和飞行距离。
之后，飞机制造商开始尝试使用由金属和纤维混杂的复合材料，它密度比合金小，因此更轻，覆在金属上的纤维经过高温烧制后完全附着在金属上，反过来增强了金属的坚固性。起初，这种复合材料只被用到次承力件如尾翼等部位，技术更成熟后，它的使用量和使用范围逐步扩大到机翼等主承力件直至机身。
空客在波音787推出后，也将自己当时正在研制的A350 XWB的复合材料比例提高到了52%。这是一场竞赛—更轻的材料不止能让燃油更节省，还意味着更多可能性。
复合材料的抗腐蚀性能提高飞机的抗裂纹扩展能力，以铝合金材料为主的普通飞机每6年就要做一次昂贵的金属腐蚀状况检查，而波音787每12年才需要检查一次。这能节省不少成本。
由于采用了整体结构的复合材料机身，波音787客舱舷窗的尺寸加大了30%，乘客可以拥有更大的视野。另外，复合材料让客舱的湿度和气压都有所提高，从之前相当于外界2400米高度的气压，改善至1800米的气压，乘客因此能更舒适。价差不大的情况下，乘坐体验能不能讨乘客喜欢就显得很重要了。
眼下的微晶格材料在这些方面也极具潜力。蜂窝结构使其能从超过50%的压缩中完全恢复，“如果你参加‘从楼上丢鸡蛋看谁的不会破’这种比赛，拿微晶格材料包裹鸡蛋，不用裹很厚就能赢。”波音的演示视频中这样介绍。
这也意味着，相比普通金属，微晶格材料更能吸收来自外界的能量，包括声音、振动等，若将它用于机舱内部的墙面、地板、行李架等非机械类部件，机舱内的噪音等级和平稳性都可能有所改善。
HRL实验室其实早在2011年就研发出了类似结构的材料，在纳米级的微观尺度设计材料的基本结构，这种研发理念模仿的正是现代建筑。但直到近期，波音才正式对外界发布了这项创新。
“他们可能刚刚解决了材料的制备工艺问题。”上海3D打印技术创新中心主任闵国全对《第一财经周刊》说。波音正是用3D打印技术制造出了这款材料。
一款新材料被发明后还必须解决重复制造、大规模制造和有效塑形的问题。3D打印尚未进入分子领域，但通过它，在纳米层面上设计材料的结构目前已成为可能。
4年前，HRL实验室还不能精确地掌控材料的结构设计。他们制作出那款镍基微晶格的方法是：以一种液态的感光多聚物（即一种在接触光时会改变自身性质的分子）开始，透过一种有图案的防护罩，用紫外光对其做轰炸式的光照。这种方式产生了一种三维的栅格物质。然后，研究人员给它涂上镍磷薄膜。接着，将多聚物的模板蚀刻掉，仅留下空心的镍磷支架。
更早之前，其他科研机构已经制造出了气凝胶和金属泡沫等超轻材料，质量都在每立方厘米10毫克以内。但这些材料的蜂窝结构更随机。
对于近期再次被搬上台面的微晶格材料，波音没有透露它使用了何种金属元素。不过，3D打印技术在精确设计材料结构方面肯定帮了大忙。对于如何在轻量化的目标下保持材料的坚固性，波音称，他们从人体骨骼的中空结构获得了启发，甚至对材料管道的壁厚与管道直径厚度比也做了设计，使材料的细胞结构产生了一种力学行为。
制造商们对研发的投入加上生产的难度，造成新材料上市时的价格比旧材料贵得多。但长期来看，重量大幅减轻所带来的经济效益，或许会远远超过一开始的购买成本。
在波音对外界发布这款超轻金属材料之前，美国航空航天局已经将其选做未来为深空探测飞船减重40%的3种备选材料之一，应用方向主要是用它替换复合材料夹层中的泡沫芯。
今年8月底，波音宣布于2017年开始生产可载客至少400名的波音777-9X型客机，它也将是全球最大、性能最强的双引擎飞机。目前尚无法得知波音是否会在这款大型客机中使用这种超轻材料。
不过，据Bill Carter称，这款材料的首次应用很可能出现在计划于5年内造成的太空火箭上，之后才是民用客机。而等成本再低些，它当然还可以在汽车中使用—那可是另一个对材料的轻重斤斤计较的行业。